半導体ダイのコンタクト構造および方法
【課題】よりよい緩衝を半導体デバイスの金属化層に配置された誘電体層に提供する。
【解決手段】複数の誘電体層および導電層を含む基板、複数の導電層の最上層の１つと電気的に接続し、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクト、および金属コンタクトと電気的に接続したコネクタを含む半導体デバイス。
【解決手段】複数の誘電体層および導電層を含む基板、複数の導電層の最上層の１つと電気的に接続し、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクト、および金属コンタクトと電気的に接続したコネクタを含む半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに関し、特に、半導体ダイのコンタクトを形成するシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体ダイは、アクティブデバイス（active device）、アクティブデバイスへの接続を形成する金属化層、および金属化層（およびアクティブデバイス）に信号と電力を提供する入力／出力（I／O）コンタクトを含む。金属化層は、一般的に、アクティブデバイスおよびI／Oコンタクトの間（および個別のアクティブデバイス間）の必要な全ての接続を提供するための一連の誘電体層および金属層を含む。これらの誘電体層は、約２.９〜３.８の間の誘電率（k値）を有する低k誘電体材料、約２.５より小さいk値を有する超低k（ULK）誘電体材料、または約２.５〜約２.９の間のk値を有する極低k（ELK）誘電体材料、または低k誘電体材料のいくつかの組み合わせより形成され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの低k、ULK、およびELK材料は、金属化層の電気的特徴を改善して、半導体デバイスの全体の速度または効率を上げるように用いることはできるものの、これらの材料は、重大な構造上の欠点もある。半導体デバイスでは、これらの材料の全てが、それらに加わる応力を処理するのに他の誘電体材料よりも大きな困難を有する。そのようなものとして、低k、ULK、およびELK材料は、低k、ULK、およびELK材料に過大な圧力が加えられた時、剥離または亀裂を生じ易い。この剥離または亀裂は、半導体デバイスを損傷または破壊するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施の形態によれば、半導体デバイスは、複数の誘電体層および導電層を有する基板を含む。金属コンタクトは、複数の導電層の最上層の１つと電気的に接続しており、金属コンタクトは、約１５，０００Åより大きい厚さを有する。コネクタは、金属コンタクトと電気的に接続している。
【０００５】
もう１つの実施の形態によれば、半導体デバイスは、複数の金属層を有する基板を含む。金属コンタクトは、複数の金属層の最上層の１つと電気的に接続しており、金属コンタクトは、約１５，０００Åより大きい厚さを有する。導電性ピラーは、金属コンタクトと電気的に接続している。
【０００６】
またもう１つの実施の形態によれば、半導体デバイスを製造する方法は、基板を提供するステップと、基板上に複数の導電層および誘電体層を形成するステップを含み、誘電体層は導電層の間に配置される。保護(passivation)層は、複数の導電層の最上層の１つの上に形成される。金属コンタクトは、保護層に形成され、複数の導電層の最上層の１つと接続しており、金属コンタクトは、約１５，０００Åより大きい厚さを有する。導電性ピラーは、保護層の上に形成され、導電性ピラーは、金属コンタクトと電気的に接続される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の各実施の形態によれば、よりよい緩衝を金属化層に配置された低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層に提供することができる。また、本発明の各実施の形態によれば、金属化層に配置された低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層上の規格化応力は、これらの低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層の破壊点（failing point）以下に減少されることもできる。よって、金属化層の誘電体層が他の物体によって損傷、剥離、または亀裂を生じることなく、より粗野な処理、運送、および使用を可能にする。
【０００８】
なお、この開示およびその利点のより完全な理解のために、添付の図面と併せて解釈される以下の記載を参照する。
【０００９】
異なる図面の対応する数字および符号は、一般的に特に示されない限り、対応の部分を意味する。図面は、さまざまな実施の形態の関連性のある局面を明確に示すために描かれるもので、縮尺に描かれるとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１つの実施の形態による基板、金属化層、第１金属コンタクト、および第１保護層を含む半導体ダイを示している。
【図２】１つの実施の形態による第２保護層およびコンタクトパッドの形成を示している。
【図３】１つの実施の形態による第３保護層および第２保護層上のマスクの形成を示している。
【図４】１つの実施の形態による導電性ピラーの形成を示している。
【図５】１つの実施の形態による導電性ピラーの形成を示している。
【図６】１つの実施の形態による不動態化（post-passivation）相互接続構造の形成を示している。
【図７】１つの実施の形態によるコンタクトバンプの形成を示している。
【図８】導電性ピラーが第１金属コンタクトと接触して形成された１つの実施の形態を示している。
【図９】導電性ピラーが第１金属コンタクトと接触して形成された１つの実施の形態を示している。
【図１０】第１金属コンタクトの厚さの範囲に関連した利点を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態の製造および使用が以下に詳細に論じられる。しかしながら、本開示は、さまざまな特定の文脈において具現化され得る多くの適用可能な発明の概念を提供する。論じられる特定の実施の形態は、単に本発明を製造および使用する特定の態様を例示するのみであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１２】
本開示は、特定の文脈において、即ち、導電性ピラー構造の実施の形態に関連して述べられる。しかしながら、本開示は、他のコンタクト構造に応用されてもよい。
【００１３】
図１を参照して、基板１０１、金属化層１０３、第１金属コンタクト１０５、および第１保護層１０７を含むウエハ１００の断面図を示している。基板１０１は、ドープされたまたはドープされていないバルクシリコン、またはシリコンオンインシュレータ（SOI）基板の活性層を含み得る。一般的にSOI基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、SOI、シリコンゲルマニウムオンインシュレータ（SGOI）、またはその組み合わせなどの半導体材料の層を含む。用いることができる他の基板は、多層基板、傾斜基板、またはハイブリッド方位（hybrid orientation）基板を含む。トランジスタ、コンデンサ、レジスタなどのさまざまなアクティブデバイス（図示せず）は、基板１０１内に、あるいは基板の表面上に、任意の好適な方法を用いて形成され得る。
【００１４】
金属化層１０３は、基板１０１上に形成され、さまざまなアクティブデバイスに接続するように設計されて機能回路を形成する。金属化層１０３は、交互の誘電体層（例えば、第１誘電体層１０９および第２誘電体層１１１）および導電層（例えば、第１導電層１１３および最上層の第２導電層１１５）より形成され得、任意の好適なプロセス（例えば、堆積、ダマシン、デュアルダマシンなど）によって形成され得る。４層の交互の誘電体層および導電層が図１に示されているが、金属化層１０３内に配置される誘電体層および導電層の正確な数は、ウエハ１００の全体の設計で決まり、４層より多く、または少なく（第２誘電体層１１１および第１導電層１１３の間の点線に示されるように）なり得る。
【００１５】
金属化層１０３の誘電体層（例えば、第１誘電体層１０９および第２誘電体層１１１）は、例えば、約２.９〜３.８の間の誘電率（k値）を有する低k誘電体材料、約２.５より小さいk値を有する超低k（ULK）誘電体材料、約２.５〜約２.９の間のk値を有する極低k（ELK）誘電体材料、または低k誘電体材料のいくつかの組み合わせなどにより形成され得る。k値の低下に伴って、金属化層１０３の誘電体層は、より脆弱になり、剥離または亀裂し易くなる。
【００１６】
第１保護層１０７は、最上層の第２導電層１１５上に形成され得、酸化物または窒化ケイ素などの誘電体材料を含み得るが、他の好適な誘電体、例えば、高k誘電体、またはこれらの材料の任意の組み合わせが代替的に用いられてもよい。第１保護層１０７は、他の任意のプロセスが代替的に用いられてもよいが、プラズマ化学気相成長（PECVD）プロセスを用いて形成され得る。第１保護層１０７は、約０.６μｍ〜約１.４μｍの間、例えば、約１μｍの厚さを有することができる。
【００１７】
第１金属コンタクト１０５は、第１保護層１０７内に配置される。第１金属コンタクト１０５は、最上層の導電層１１５および外部コンタクトパッド（図２を参照に以下に述べられる）の間のコンタクトとしての役割を果たす。第１金属コンタクト１０５は、タングステン、アルミニウム、または銅合金などの他の硬い材料が代替的に用いられてもよいが、銅などの硬い材料を含み得る。第１金属コンタクト１０５は、ダマシンまたはデュアルダマシンプロセスを用いて形成され得、銅が第１保護層１０７の開口内に過充填され、続いて、化学機械研磨（CMP）などのプロセスによって、余分な銅を除去するステップを含むことができる。しかしながら、任意の好適な材料（例えば、アルミニウムなど）および任意の好適なプロセス（例えば堆積およびエッチング）が代替的に用いられて、第１金属コンタクト１０５を形成してもよい。
【００１８】
第１金属コンタクト１０５は、第１金属コンタクト１０５が金属化層１０３に配置される誘電体層（例えば、第１誘電体層１０９および第２誘電体層１１１）の緩衝層としての役割を果たすことができる厚さを有するように形成され得る。そのようなものとして、第１金属コンタクト１０５は、約１５，０００Åより大きい、例えば約２０，０００Åの厚さを有するように形成され得る。第１金属コンタクト１０５がこの範囲の厚さで、銅などの硬い金属で製作される時、第１金属コンタクト１０５は、よりよい緩衝を金属化層１０３に配置された低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層に提供することができる。この追加の緩衝化(buffering)は、金属化層１０３の誘電体層が他の物体によって損傷、剥離、または亀裂を生じることなく、より粗野な処理、運送、および使用を可能にする。
【００１９】
図２は、第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３の形成を示している。第２保護層２０１は、第１金属コンタクト１０５を保護するため、第１保護層１０７および第１金属コンタクト１０５上に形成してもよい。第２保護層２０１は、図１に関連して上記に論じた第１保護層１０７と同様の方式にて同様の材料から形成してもよく、または代替的に第１保護層１０７および第２保護層２０１は、互いと異なる材料より形成してもよい。
一旦形成されると、第２保護層２０１は、好適なマスキングおよび除去プロセス（例えばフォトリソグラフィマスクおよびエッチングプロセス）によってパターン化され得、第１金属コンタクト１０５と電気的に接続をするコンタクトパッド２０３の形成を考慮し得る。
【００２０】
コンタクトパッド２０３は、ウエハ１００の回路（アクティブデバイスおよび金属化層１０３を含む）から、第１金属コンタクト１０５を介してウエハ１００の他のデバイス（図示されていない）への接続を提供する。コンタクトパッド２０３は、アルミニウム／銅合金であり得、第２保護層２０１上にアルミニウム／銅合金の初期層を形成し、かつ第１金属コンタクト１０５と電気的接触することで形成され得る。一旦、アルミニウム／銅合金の初期層が形成されると、図２に示されるように、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどの好適な技術がアルミニウム／銅合金をパターン化するため用いられ、コンタクトパッド２０３を形成することができる。コンタクトパッド２０３は、約１０，０００Å〜約５０，０００Åの間、例えば約２５，０００Åの厚さを有するように形成され得る。
【００２１】
しかしながら、当業者なら認識するであろうが、コンタクトパッド２０３を形成する上述のプロセスは、１つの材料および形成方法にすぎない。他の好適な材料、例えば、アルミニウム、金、銀、ニッケル、銅、タングステン、チタン、タンタル、前述の化合物、前述の合金、前述の多層構造、前述の複合物、前述の組み合わせを含む（しかしこれに限定されるものではない）材料が用いられ得る。また、異なる材料は、異なる形成方法、例えばスパッタリング、または更にはデュアルダマシンプロセスなどを必要とする可能性がある。これらの材料および形成方法の全ては、代替的に用いられてよく、かつそれぞれ本発明の範囲内に含まれることを十分に意図するものである。
【００２２】
図３は、第２保護層２０１上の第３保護層３０１、バンプ下地金属（UBM）３０２、およびマスク３０３の形成を示している。第３保護層３０１は、ウエハ１００が遭遇する可能性のある次のプロセスおよび他の環境の間に、第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３を物理的損傷および環境的損傷から保護するために、第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３上に形成することができる。第３保護層３０１は、代替的に第１保護層１０７と第２保護層２０１と異なる材料より形成されてもよいが、第３保護層３０１は、第１保護層１０７と第２保護層２０１（図１および図２にそれぞれ関連して上記に説明した）と同様の材料で、かつ同様のプロセスによって形成されてもよい。
【００２３】
一旦、第３保護層３０１が第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３上に形成されると、さらなる接続用のコンタクトパッド２０３の一部を露出するように、開口が第３保護層３０１を穿通して形成され得る。開口は、好適なマスキングおよび除去プロセス、例えば好適なフォトリソグラフィマスクおよびエッチングプロセスによって形成され得る。しかしながら、上述の開示のパターンニングプロセスは、単に代表的なプロセスとして意図されるにすぎず、他の好適なパターンニングプロセスがコンタクトパッド２０３の一部を露出するため代わりに用いられてもよい。
【００２４】
この段階では、選択的なポリイミド（PI）コーティング３０４は、第３保護層３０１を保護するように用いられ得る。PIコーティング３０４は、約２.５μｍ〜約１２μｍの間、例えば、約４μｍの厚さの例えば、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（PBO）、またはエポキシなどの絶縁材料で第３保護層３０１をコーティングすることによって形成され得る。あるいは又、PIコーティング３０４は、ポリイミド溶液をスプレーするか、第３保護層３０１をポリイミド溶液に浸すかのどちらかによって形成され得る。任意の好適な形成方法が用いられ得る。接続が下方のコンタクトパッド２０３に形成されるようにするために、PIコーティング３０４は、好適なマスキングおよびエッチングプロセスによってパターン化され、第３保護層３０１によって既に露出されたコンタクトパッド２０３のこれらの部分を露出し得る。
【００２５】
一旦、第３保護層３０１がパターン化されると、UBM３０２は、コンタクトパッド２０３と接触して形成され得る。UBM３０２は、チタンおよび銅合金の層を含み得る。しかしながら、多くの好適な材料および層の配置、例えば、チタン／銅／ニッケルの配置、クロム／クロム−銅合金／銅／金の配置、チタン／チタンタングステン／銅の配置、または銅／ニッケル／金の配置などの配置があり、UBM３０２の形成に適合することが当業者に認識されるであろう。UBM３０２に用いられ得る任意の好適な材料または材料の層は、本発明の範囲内に含まれることを十分に意図するものである。
【００２６】
UBM３０２は、各層をPIコーティング３０４および第３保護層３０１上、かつ開口の内部に沿って共形して形成することによって作出され得る。各層の形成は、スパッタリング、CVD、またはめっきプロセスを用いて行われ得るが、例えば蒸着またはPECVDプロセスなどの他の形成のプロセスも所望の材料に応じて用いられ得る。UBM３０２は、約０.１μｍ〜約２μｍの間、例えば約０.５μｍの厚さを有して形成され得る。
【００２７】
一旦、第３保護層３０１、PIコーティング３０４、およびUBM３０２が形成されると、マスク３０３がUBM３０２上に形成され得る。１つの実施の形態では、マスク３０３は、ドライフィルムであり得、層間絶縁用フィルム（Ajinomoto Build-Up Film； ABF）などの有機材料を含み得る。あるいは又、マスク３０３は、フォトレジスト材料で形成され得る。一旦形成されると、マスク３０３は、コンタクトパッド２０３上のUBM３０２への導電性ピラー開口３０５を形成するために、パターン化され得る。
【００２８】
１つの実施の形態では、導電性ピラー開口３０５は、導電性ピラー開口３０５内に形成される次の導電性ピラー４００の所望のサイズおよび形状（図４に関連して以下に述べられる）に形成される。導電性ピラー開口３０５は、約１０μｍ〜約２００μｍの幅の間、例えば約８０μｍの幅、かつ約３，０００Å〜約６０，０００Åの間、例えば約４０，０００Åの第３保護層３０１の底部表面に対する深さを有することができる。
【００２９】
図４は、導電性ピラー開口３０５（図３を参照）に導電性ピラー４００を選択的に充填するのを示している。導電性ピラー４００は、コンタクトパッド２０３およびウエハ１００のデバイスとの間の電気的な接続となり、信号および電力が金属化層１０３に伝送され、かつ最後に基板１０１に配置されたアクティブデバイス（図示されていない）に伝送されるようにする。
【００３０】
導電性ピラー４００は、下方のUBM３０２と接触して形成され得、導電性材料から形成され得る。１つの実施の形態では、導電材料は銅または銅合金などの金属を含み得るが、他の金属、例えばアルミニウム、銀、金、その組み合わせなども用いられ得る。導電性ピラー４００は、例えば電気めっきなどの好適なプロセスによって形成され得、約６０μｍより小さい厚さ、または更には約３０μｍ〜約５０μｍの間の厚さを有することができる。一旦、導電ピラー４００が形成されると、例えば、ニッケル含有層、銅含有層、またはスズ含有層から形成された選択的な導電性バリア層（図示されていない）が形成され、導電性ピラー４００上に形成され得る。
【００３１】
次に、図５に示されるように、マスク３０３（図３および図４を参照）は、好適な除去プロセスを用いて除去され、UBM３０２がパターン化され、かつ保護層５０１が導電性ピラー４００上に形成される。マスク３０３の除去により、導電性ピラー開口３０５の形状（図３を参照）で導電性ピラー４００を残される。一旦マスク３０３が除去されると、UBM３０２の部分は、好適なフォトリソグラフィマスキングおよびエッチングプロセスによって除去されて、不必要な材料を除去し、かつ金属コンタクト２０３および導電性ピラー４００の間の接続としてUBM３０２を残すことができる。
【００３２】
マスク３０３が除去されて、UBM３０２がパターン化された後、保護層５０１は、導電ピラー４００の側壁に沿って形成され得る。保護層５０１は、後に続くプロセス中または使用中の環境的損傷または物理的損傷から、下方の導電性ピラー４００を覆いかつ保護する。保護層５０１は、スズから形成することができ、約５００Å〜約５，０００Åの間、例えば約２，０００Åの厚さまで、浸漬めっきプロセスを用いて側壁につけられ得る。しかしながら、これらの材料およびプロセスは、模範的なものを意図するにすぎず、他の好適な方法および材料も代替的に用いられてよい。例えば、保護層５０１は、無電解パラジウム置換金（ENEPIG）のプロセスによって、または簡単に無電解ニッケル浸漬金（ENIG）プロセスによってニッケルパラジウム合金で形成され得る。
【００３３】
図６は、コンタクトパッド２０３（図５を参照）が第２保護層２０１に沿って延伸した不動態化（post-passivation）相互接続（PPI）構造６０１で置き換えられたもう１つの実施の形態を示している。PPI構造６０１は、導電性ピラー４００を第１金属コンタクト１０５に電気的に接続させ、導電性ピラー４００の位置を第１金属コンタクト１０５の直接上方の領域に限定する代わりに、導電性ピラー４００がウエハ１００の任意の所望の位置に配置されるようにする。
【００３４】
この実施の形態では、PPI６０１は、CVDまたはスパッタリングなどの好適な形成プロセスによってチタン銅合金のシード層（図示されていない）を始めに形成することによって形成される。フォトレジスト（図示されていない）は、シード層を覆うように形成され、続いてフォトレジストはパターン化されて、シード層の、PPI６０１が所望に位置する部分を露出する。
【００３５】
一旦フォトレジストが形成されてパターン化されると、銅などの導電性材料６０３は、めっきなどの堆積プロセスによってシード層上に形成され得る。導電材料６０３は、約１μｍ〜約１０μｍの間、例えば、約５μｍの厚さを有するように形成され得る。しかしながら、上述の材料および方法は、導電性材料６０３を形成するのに好適であるが、これらの材料は単に模範的なものにすぎない。他の任意の好適な材料、例えばAlCuまたはAuおよび他の任意の好適な形成プロセス、例えばCVDまたはPVDが導電材料６０３を形成するのに代替的に用いられてもよい。
【００３６】
一旦導電材料６０３が形成されると、フォトレジストは好適な除去プロセスによって除去され得る。また、フォトレジストの除去後、フォトレジストによって覆われたシード層のこれらの部分は、例えば、導電材料６０３をマスクとして用いる好適なエッチプロセスによって除去される。
【００３７】
シード層の除去後、第３保護層３０１、PIコーティング３０４、UBM３０２、導電性ピラー４００、および保護層５０１は、第１金属コンタクト１０５と接触した状態で、PPI６０１の任意の所望の部分上に形成される。この実施の形態では、第３保護層３０１、PIコーティング３０４、UBM３０２、導電性ピラー４００、および保護層５０１は、例えば図３〜図６に関連して上記に説明した任意の好適なプロセスによって形成され得る。しかしながら、PPI６０１の使用は、導電性ピラー４００が例えば最適化、配置、または他の任意の原因などの理由により所望される任意の位置に配置されるようにする。
【００３８】
図７は、導電性ピラー４００（例えば図６）がコンタクトバンプ７０１に置き換えられたもう１つの実施の形態を示している。この実施の形態では、UBM３０２およびマスク３０３が形成された後、コンタクトバンプ７０１は、マスク３０３の開口に形成される。コンタクトバンプ７０１は、例えばスズ、または、例えば銀、鉛フリー（無しの）スズ、または銅などの他の好適な材料を含み得る。コンタクトバンプ７０１がスズはんだバンプである１つの実施の形態では、コンタクトバンプ７０１は、例えば電気めっき、蒸着、印刷などの一般的に用いられる方法によって、約１００μｍの厚さのスズ層を初期に形成することによって形成することができる。一旦、コンタクトバンプ７０１がマスク３０３の開口に形成されると、マスク３０３は、剥離（stripping）などの好適な除去プロセスを用いて除去され、UBM３０２は、図５Aに関連して上記に説明したようにパターン化され得る。一旦マスク３０３が除去されると、リフローが行われ、コンタクトバンプ７０１が丸い上表面を形成する。
【００３９】
図８〜図９は、コンタクトパッド２０３（図２〜図６）が含まれず、かつ導電性ピラー４００が第１金属コンタクト１０５で接触して形成されたもう１つの実施の形態を示している。第１金属コンタクト１０５と接触した導電性ピラー４００を形成することにより、コンタクトパッド２０３は、除去され、よってウエハ１００の全体の製造プロセスを簡素化できる。
【００４０】
まず、図８を参照して、第１金属コンタクト１０５と接触した導電性ピラー４００を形成するために、第１金属コンタクト１０５および第２保護層２０１は、図１および図２に関連して上記に説明した形成と同様に形成される。第２保護層２０１は、第１金属コンタクト１０５の一部を露出する開口を形成するようにパターン化される。続いて、コンタクトパッド２０３を形成する代わりに、PIコーティング３０４は、第２保護層２０１の上方、かつトレンチ内に形成され、かつ第１金属コンタクト１０５をカバーする。
【００４１】
一旦形成されると、第１金属コンタクト１０５の上表面を露出するために、PIコーティング３０４は、トレンチの底部から除去される。この除去は、好適なマスキングおよび除去プロセス、例えばフォトリソグラフィクマスクおよびエッチングプロセスを用いて行われてよい。また、除去プロセスは、トレンチの側壁からPIコーティング３０４を選択的に除去可能であるが、１つの実施の形態では、PIコーティング３０４は、続いて形成される導電性ピラー４００を分離（isolate）するように、トレンチの側壁から除去されない。
【００４２】
図９は、PIコーティング３０４上の導電性ピラー４００と保護層５０１の形成を示す。
導電性ピラー４００は第１金属コンタクト１０５と接触している。導電性ピラー４００は、図３〜図５に関連して上記に説明したプロセスと同様のプロセスによって形成され得る。しかしながら、本実施の形態では、導電性ピラー４００は、導電性ピラー４００から金属化層１０３へのより小さい抵抗の流れを考慮するために、前述の図２〜図６に示されたコンタクトパッド２０３の代わりに第１金属コンタクト１０５と接触して形成される。
【００４３】
図１０は、第１金属コンタクト１０５の厚さの範囲で、ここで述べられた実施の形態を用いて得られる予想外の利点を示している。図に示されるように、１つの実施の形態では、鉛フリーはんだバンプに対して５／３μｍ Cu／NiめっきのUBM、かつ約１４，０００Åのアルミニウムコンタクトパッドを用いる。第１金属コンタクト１０５の厚さがx軸に沿って、図１に関連して上記に説明した臨界範囲内に延伸された時、下方のELK誘電体層上の規格化応力は、規格化応力が下方のELK誘電体層の破壊点（failing point）以下に減少される。また、図１０は、１つの実施の形態では、約１４，０００Åのアルミニウムコンタクトパッドが用いられて、上部金属の厚さの増加が規格化ELK応力を破壊点以下に低下させ得ることも示している。そのようなものとして、半導体ダイは、より少ない不良かつより高い信頼性をもって加工、輸送および使用の危険により良く耐えることができる。
【００４４】
本開示およびその利点が詳述されてきたが、本開示の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、添付の請求の範囲によって定義され、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、ここで種々の変更、代替、および改変ができることが当業者に認識されるであろう。例えば多くの異なる材料およびプロセスが導電性ピラーを形成するのに用いられてよい。これらの全ての材料およびプロセスは、本開示の範囲内に完全に含まれることを意図する。
【００４５】
更に、本願の範囲は、本明細書に述べられたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施の形態を限定するものではない。ここに述べられた対応する実施の形態のように実質的に同じ機能を行う、または実質的に同じ結果となる、現存の、または後に開発される本開示、プロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップからより明白になることが当業者に認識されるであろう。よって、添付の請求は、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップをこれらの範囲内に含むことを意図する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに関し、特に、半導体ダイのコンタクトを形成するシステムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体ダイは、アクティブデバイス（active device）、アクティブデバイスへの接続を形成する金属化層、および金属化層（およびアクティブデバイス）に信号と電力を提供する入力／出力（I／O）コンタクトを含む。金属化層は、一般的に、アクティブデバイスおよびI／Oコンタクトの間（および個別のアクティブデバイス間）の必要な全ての接続を提供するための一連の誘電体層および金属層を含む。これらの誘電体層は、約２.９〜３.８の間の誘電率（k値）を有する低k誘電体材料、約２.５より小さいk値を有する超低k（ULK）誘電体材料、または約２.５〜約２.９の間のk値を有する極低k（ELK）誘電体材料、または低k誘電体材料のいくつかの組み合わせより形成され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの低k、ULK、およびELK材料は、金属化層の電気的特徴を改善して、半導体デバイスの全体の速度または効率を上げるように用いることはできるものの、これらの材料は、重大な構造上の欠点もある。半導体デバイスでは、これらの材料の全てが、それらに加わる応力を処理するのに他の誘電体材料よりも大きな困難を有する。そのようなものとして、低k、ULK、およびELK材料は、低k、ULK、およびELK材料に過大な圧力が加えられた時、剥離または亀裂を生じ易い。この剥離または亀裂は、半導体デバイスを損傷または破壊するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施の形態によれば、半導体デバイスは、複数の誘電体層および導電層を有する基板を含む。金属コンタクトは、複数の導電層の最上層の１つと電気的に接続しており、金属コンタクトは、約１５，０００Åより大きい厚さを有する。コネクタは、金属コンタクトと電気的に接続している。
【０００５】
もう１つの実施の形態によれば、半導体デバイスは、複数の金属層を有する基板を含む。金属コンタクトは、複数の金属層の最上層の１つと電気的に接続しており、金属コンタクトは、約１５，０００Åより大きい厚さを有する。導電性ピラーは、金属コンタクトと電気的に接続している。
【０００６】
またもう１つの実施の形態によれば、半導体デバイスを製造する方法は、基板を提供するステップと、基板上に複数の導電層および誘電体層を形成するステップを含み、誘電体層は導電層の間に配置される。保護(passivation)層は、複数の導電層の最上層の１つの上に形成される。金属コンタクトは、保護層に形成され、複数の導電層の最上層の１つと接続しており、金属コンタクトは、約１５，０００Åより大きい厚さを有する。導電性ピラーは、保護層の上に形成され、導電性ピラーは、金属コンタクトと電気的に接続される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の各実施の形態によれば、よりよい緩衝を金属化層に配置された低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層に提供することができる。また、本発明の各実施の形態によれば、金属化層に配置された低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層上の規格化応力は、これらの低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層の破壊点（failing point）以下に減少されることもできる。よって、金属化層の誘電体層が他の物体によって損傷、剥離、または亀裂を生じることなく、より粗野な処理、運送、および使用を可能にする。
【０００８】
なお、この開示およびその利点のより完全な理解のために、添付の図面と併せて解釈される以下の記載を参照する。
【０００９】
異なる図面の対応する数字および符号は、一般的に特に示されない限り、対応の部分を意味する。図面は、さまざまな実施の形態の関連性のある局面を明確に示すために描かれるもので、縮尺に描かれるとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１つの実施の形態による基板、金属化層、第１金属コンタクト、および第１保護層を含む半導体ダイを示している。
【図２】１つの実施の形態による第２保護層およびコンタクトパッドの形成を示している。
【図３】１つの実施の形態による第３保護層および第２保護層上のマスクの形成を示している。
【図４】１つの実施の形態による導電性ピラーの形成を示している。
【図５】１つの実施の形態による導電性ピラーの形成を示している。
【図６】１つの実施の形態による不動態化（post-passivation）相互接続構造の形成を示している。
【図７】１つの実施の形態によるコンタクトバンプの形成を示している。
【図８】導電性ピラーが第１金属コンタクトと接触して形成された１つの実施の形態を示している。
【図９】導電性ピラーが第１金属コンタクトと接触して形成された１つの実施の形態を示している。
【図１０】第１金属コンタクトの厚さの範囲に関連した利点を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態の製造および使用が以下に詳細に論じられる。しかしながら、本開示は、さまざまな特定の文脈において具現化され得る多くの適用可能な発明の概念を提供する。論じられる特定の実施の形態は、単に本発明を製造および使用する特定の態様を例示するのみであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１２】
本開示は、特定の文脈において、即ち、導電性ピラー構造の実施の形態に関連して述べられる。しかしながら、本開示は、他のコンタクト構造に応用されてもよい。
【００１３】
図１を参照して、基板１０１、金属化層１０３、第１金属コンタクト１０５、および第１保護層１０７を含むウエハ１００の断面図を示している。基板１０１は、ドープされたまたはドープされていないバルクシリコン、またはシリコンオンインシュレータ（SOI）基板の活性層を含み得る。一般的にSOI基板は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、SOI、シリコンゲルマニウムオンインシュレータ（SGOI）、またはその組み合わせなどの半導体材料の層を含む。用いることができる他の基板は、多層基板、傾斜基板、またはハイブリッド方位（hybrid orientation）基板を含む。トランジスタ、コンデンサ、レジスタなどのさまざまなアクティブデバイス（図示せず）は、基板１０１内に、あるいは基板の表面上に、任意の好適な方法を用いて形成され得る。
【００１４】
金属化層１０３は、基板１０１上に形成され、さまざまなアクティブデバイスに接続するように設計されて機能回路を形成する。金属化層１０３は、交互の誘電体層（例えば、第１誘電体層１０９および第２誘電体層１１１）および導電層（例えば、第１導電層１１３および最上層の第２導電層１１５）より形成され得、任意の好適なプロセス（例えば、堆積、ダマシン、デュアルダマシンなど）によって形成され得る。４層の交互の誘電体層および導電層が図１に示されているが、金属化層１０３内に配置される誘電体層および導電層の正確な数は、ウエハ１００の全体の設計で決まり、４層より多く、または少なく（第２誘電体層１１１および第１導電層１１３の間の点線に示されるように）なり得る。
【００１５】
金属化層１０３の誘電体層（例えば、第１誘電体層１０９および第２誘電体層１１１）は、例えば、約２.９〜３.８の間の誘電率（k値）を有する低k誘電体材料、約２.５より小さいk値を有する超低k（ULK）誘電体材料、約２.５〜約２.９の間のk値を有する極低k（ELK）誘電体材料、または低k誘電体材料のいくつかの組み合わせなどにより形成され得る。k値の低下に伴って、金属化層１０３の誘電体層は、より脆弱になり、剥離または亀裂し易くなる。
【００１６】
第１保護層１０７は、最上層の第２導電層１１５上に形成され得、酸化物または窒化ケイ素などの誘電体材料を含み得るが、他の好適な誘電体、例えば、高k誘電体、またはこれらの材料の任意の組み合わせが代替的に用いられてもよい。第１保護層１０７は、他の任意のプロセスが代替的に用いられてもよいが、プラズマ化学気相成長（PECVD）プロセスを用いて形成され得る。第１保護層１０７は、約０.６μｍ〜約１.４μｍの間、例えば、約１μｍの厚さを有することができる。
【００１７】
第１金属コンタクト１０５は、第１保護層１０７内に配置される。第１金属コンタクト１０５は、最上層の導電層１１５および外部コンタクトパッド（図２を参照に以下に述べられる）の間のコンタクトとしての役割を果たす。第１金属コンタクト１０５は、タングステン、アルミニウム、または銅合金などの他の硬い材料が代替的に用いられてもよいが、銅などの硬い材料を含み得る。第１金属コンタクト１０５は、ダマシンまたはデュアルダマシンプロセスを用いて形成され得、銅が第１保護層１０７の開口内に過充填され、続いて、化学機械研磨（CMP）などのプロセスによって、余分な銅を除去するステップを含むことができる。しかしながら、任意の好適な材料（例えば、アルミニウムなど）および任意の好適なプロセス（例えば堆積およびエッチング）が代替的に用いられて、第１金属コンタクト１０５を形成してもよい。
【００１８】
第１金属コンタクト１０５は、第１金属コンタクト１０５が金属化層１０３に配置される誘電体層（例えば、第１誘電体層１０９および第２誘電体層１１１）の緩衝層としての役割を果たすことができる厚さを有するように形成され得る。そのようなものとして、第１金属コンタクト１０５は、約１５，０００Åより大きい、例えば約２０，０００Åの厚さを有するように形成され得る。第１金属コンタクト１０５がこの範囲の厚さで、銅などの硬い金属で製作される時、第１金属コンタクト１０５は、よりよい緩衝を金属化層１０３に配置された低k誘電体層、ELK誘電体層、および／またはULK誘電体層に提供することができる。この追加の緩衝化(buffering)は、金属化層１０３の誘電体層が他の物体によって損傷、剥離、または亀裂を生じることなく、より粗野な処理、運送、および使用を可能にする。
【００１９】
図２は、第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３の形成を示している。第２保護層２０１は、第１金属コンタクト１０５を保護するため、第１保護層１０７および第１金属コンタクト１０５上に形成してもよい。第２保護層２０１は、図１に関連して上記に論じた第１保護層１０７と同様の方式にて同様の材料から形成してもよく、または代替的に第１保護層１０７および第２保護層２０１は、互いと異なる材料より形成してもよい。
一旦形成されると、第２保護層２０１は、好適なマスキングおよび除去プロセス（例えばフォトリソグラフィマスクおよびエッチングプロセス）によってパターン化され得、第１金属コンタクト１０５と電気的に接続をするコンタクトパッド２０３の形成を考慮し得る。
【００２０】
コンタクトパッド２０３は、ウエハ１００の回路（アクティブデバイスおよび金属化層１０３を含む）から、第１金属コンタクト１０５を介してウエハ１００の他のデバイス（図示されていない）への接続を提供する。コンタクトパッド２０３は、アルミニウム／銅合金であり得、第２保護層２０１上にアルミニウム／銅合金の初期層を形成し、かつ第１金属コンタクト１０５と電気的接触することで形成され得る。一旦、アルミニウム／銅合金の初期層が形成されると、図２に示されるように、フォトリソグラフィーおよびエッチングなどの好適な技術がアルミニウム／銅合金をパターン化するため用いられ、コンタクトパッド２０３を形成することができる。コンタクトパッド２０３は、約１０，０００Å〜約５０，０００Åの間、例えば約２５，０００Åの厚さを有するように形成され得る。
【００２１】
しかしながら、当業者なら認識するであろうが、コンタクトパッド２０３を形成する上述のプロセスは、１つの材料および形成方法にすぎない。他の好適な材料、例えば、アルミニウム、金、銀、ニッケル、銅、タングステン、チタン、タンタル、前述の化合物、前述の合金、前述の多層構造、前述の複合物、前述の組み合わせを含む（しかしこれに限定されるものではない）材料が用いられ得る。また、異なる材料は、異なる形成方法、例えばスパッタリング、または更にはデュアルダマシンプロセスなどを必要とする可能性がある。これらの材料および形成方法の全ては、代替的に用いられてよく、かつそれぞれ本発明の範囲内に含まれることを十分に意図するものである。
【００２２】
図３は、第２保護層２０１上の第３保護層３０１、バンプ下地金属（UBM）３０２、およびマスク３０３の形成を示している。第３保護層３０１は、ウエハ１００が遭遇する可能性のある次のプロセスおよび他の環境の間に、第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３を物理的損傷および環境的損傷から保護するために、第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３上に形成することができる。第３保護層３０１は、代替的に第１保護層１０７と第２保護層２０１と異なる材料より形成されてもよいが、第３保護層３０１は、第１保護層１０７と第２保護層２０１（図１および図２にそれぞれ関連して上記に説明した）と同様の材料で、かつ同様のプロセスによって形成されてもよい。
【００２３】
一旦、第３保護層３０１が第２保護層２０１およびコンタクトパッド２０３上に形成されると、さらなる接続用のコンタクトパッド２０３の一部を露出するように、開口が第３保護層３０１を穿通して形成され得る。開口は、好適なマスキングおよび除去プロセス、例えば好適なフォトリソグラフィマスクおよびエッチングプロセスによって形成され得る。しかしながら、上述の開示のパターンニングプロセスは、単に代表的なプロセスとして意図されるにすぎず、他の好適なパターンニングプロセスがコンタクトパッド２０３の一部を露出するため代わりに用いられてもよい。
【００２４】
この段階では、選択的なポリイミド（PI）コーティング３０４は、第３保護層３０１を保護するように用いられ得る。PIコーティング３０４は、約２.５μｍ〜約１２μｍの間、例えば、約４μｍの厚さの例えば、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール（PBO）、またはエポキシなどの絶縁材料で第３保護層３０１をコーティングすることによって形成され得る。あるいは又、PIコーティング３０４は、ポリイミド溶液をスプレーするか、第３保護層３０１をポリイミド溶液に浸すかのどちらかによって形成され得る。任意の好適な形成方法が用いられ得る。接続が下方のコンタクトパッド２０３に形成されるようにするために、PIコーティング３０４は、好適なマスキングおよびエッチングプロセスによってパターン化され、第３保護層３０１によって既に露出されたコンタクトパッド２０３のこれらの部分を露出し得る。
【００２５】
一旦、第３保護層３０１がパターン化されると、UBM３０２は、コンタクトパッド２０３と接触して形成され得る。UBM３０２は、チタンおよび銅合金の層を含み得る。しかしながら、多くの好適な材料および層の配置、例えば、チタン／銅／ニッケルの配置、クロム／クロム−銅合金／銅／金の配置、チタン／チタンタングステン／銅の配置、または銅／ニッケル／金の配置などの配置があり、UBM３０２の形成に適合することが当業者に認識されるであろう。UBM３０２に用いられ得る任意の好適な材料または材料の層は、本発明の範囲内に含まれることを十分に意図するものである。
【００２６】
UBM３０２は、各層をPIコーティング３０４および第３保護層３０１上、かつ開口の内部に沿って共形して形成することによって作出され得る。各層の形成は、スパッタリング、CVD、またはめっきプロセスを用いて行われ得るが、例えば蒸着またはPECVDプロセスなどの他の形成のプロセスも所望の材料に応じて用いられ得る。UBM３０２は、約０.１μｍ〜約２μｍの間、例えば約０.５μｍの厚さを有して形成され得る。
【００２７】
一旦、第３保護層３０１、PIコーティング３０４、およびUBM３０２が形成されると、マスク３０３がUBM３０２上に形成され得る。１つの実施の形態では、マスク３０３は、ドライフィルムであり得、層間絶縁用フィルム（Ajinomoto Build-Up Film； ABF）などの有機材料を含み得る。あるいは又、マスク３０３は、フォトレジスト材料で形成され得る。一旦形成されると、マスク３０３は、コンタクトパッド２０３上のUBM３０２への導電性ピラー開口３０５を形成するために、パターン化され得る。
【００２８】
１つの実施の形態では、導電性ピラー開口３０５は、導電性ピラー開口３０５内に形成される次の導電性ピラー４００の所望のサイズおよび形状（図４に関連して以下に述べられる）に形成される。導電性ピラー開口３０５は、約１０μｍ〜約２００μｍの幅の間、例えば約８０μｍの幅、かつ約３，０００Å〜約６０，０００Åの間、例えば約４０，０００Åの第３保護層３０１の底部表面に対する深さを有することができる。
【００２９】
図４は、導電性ピラー開口３０５（図３を参照）に導電性ピラー４００を選択的に充填するのを示している。導電性ピラー４００は、コンタクトパッド２０３およびウエハ１００のデバイスとの間の電気的な接続となり、信号および電力が金属化層１０３に伝送され、かつ最後に基板１０１に配置されたアクティブデバイス（図示されていない）に伝送されるようにする。
【００３０】
導電性ピラー４００は、下方のUBM３０２と接触して形成され得、導電性材料から形成され得る。１つの実施の形態では、導電材料は銅または銅合金などの金属を含み得るが、他の金属、例えばアルミニウム、銀、金、その組み合わせなども用いられ得る。導電性ピラー４００は、例えば電気めっきなどの好適なプロセスによって形成され得、約６０μｍより小さい厚さ、または更には約３０μｍ〜約５０μｍの間の厚さを有することができる。一旦、導電ピラー４００が形成されると、例えば、ニッケル含有層、銅含有層、またはスズ含有層から形成された選択的な導電性バリア層（図示されていない）が形成され、導電性ピラー４００上に形成され得る。
【００３１】
次に、図５に示されるように、マスク３０３（図３および図４を参照）は、好適な除去プロセスを用いて除去され、UBM３０２がパターン化され、かつ保護層５０１が導電性ピラー４００上に形成される。マスク３０３の除去により、導電性ピラー開口３０５の形状（図３を参照）で導電性ピラー４００を残される。一旦マスク３０３が除去されると、UBM３０２の部分は、好適なフォトリソグラフィマスキングおよびエッチングプロセスによって除去されて、不必要な材料を除去し、かつ金属コンタクト２０３および導電性ピラー４００の間の接続としてUBM３０２を残すことができる。
【００３２】
マスク３０３が除去されて、UBM３０２がパターン化された後、保護層５０１は、導電ピラー４００の側壁に沿って形成され得る。保護層５０１は、後に続くプロセス中または使用中の環境的損傷または物理的損傷から、下方の導電性ピラー４００を覆いかつ保護する。保護層５０１は、スズから形成することができ、約５００Å〜約５，０００Åの間、例えば約２，０００Åの厚さまで、浸漬めっきプロセスを用いて側壁につけられ得る。しかしながら、これらの材料およびプロセスは、模範的なものを意図するにすぎず、他の好適な方法および材料も代替的に用いられてよい。例えば、保護層５０１は、無電解パラジウム置換金（ENEPIG）のプロセスによって、または簡単に無電解ニッケル浸漬金（ENIG）プロセスによってニッケルパラジウム合金で形成され得る。
【００３３】
図６は、コンタクトパッド２０３（図５を参照）が第２保護層２０１に沿って延伸した不動態化（post-passivation）相互接続（PPI）構造６０１で置き換えられたもう１つの実施の形態を示している。PPI構造６０１は、導電性ピラー４００を第１金属コンタクト１０５に電気的に接続させ、導電性ピラー４００の位置を第１金属コンタクト１０５の直接上方の領域に限定する代わりに、導電性ピラー４００がウエハ１００の任意の所望の位置に配置されるようにする。
【００３４】
この実施の形態では、PPI６０１は、CVDまたはスパッタリングなどの好適な形成プロセスによってチタン銅合金のシード層（図示されていない）を始めに形成することによって形成される。フォトレジスト（図示されていない）は、シード層を覆うように形成され、続いてフォトレジストはパターン化されて、シード層の、PPI６０１が所望に位置する部分を露出する。
【００３５】
一旦フォトレジストが形成されてパターン化されると、銅などの導電性材料６０３は、めっきなどの堆積プロセスによってシード層上に形成され得る。導電材料６０３は、約１μｍ〜約１０μｍの間、例えば、約５μｍの厚さを有するように形成され得る。しかしながら、上述の材料および方法は、導電性材料６０３を形成するのに好適であるが、これらの材料は単に模範的なものにすぎない。他の任意の好適な材料、例えばAlCuまたはAuおよび他の任意の好適な形成プロセス、例えばCVDまたはPVDが導電材料６０３を形成するのに代替的に用いられてもよい。
【００３６】
一旦導電材料６０３が形成されると、フォトレジストは好適な除去プロセスによって除去され得る。また、フォトレジストの除去後、フォトレジストによって覆われたシード層のこれらの部分は、例えば、導電材料６０３をマスクとして用いる好適なエッチプロセスによって除去される。
【００３７】
シード層の除去後、第３保護層３０１、PIコーティング３０４、UBM３０２、導電性ピラー４００、および保護層５０１は、第１金属コンタクト１０５と接触した状態で、PPI６０１の任意の所望の部分上に形成される。この実施の形態では、第３保護層３０１、PIコーティング３０４、UBM３０２、導電性ピラー４００、および保護層５０１は、例えば図３〜図６に関連して上記に説明した任意の好適なプロセスによって形成され得る。しかしながら、PPI６０１の使用は、導電性ピラー４００が例えば最適化、配置、または他の任意の原因などの理由により所望される任意の位置に配置されるようにする。
【００３８】
図７は、導電性ピラー４００（例えば図６）がコンタクトバンプ７０１に置き換えられたもう１つの実施の形態を示している。この実施の形態では、UBM３０２およびマスク３０３が形成された後、コンタクトバンプ７０１は、マスク３０３の開口に形成される。コンタクトバンプ７０１は、例えばスズ、または、例えば銀、鉛フリー（無しの）スズ、または銅などの他の好適な材料を含み得る。コンタクトバンプ７０１がスズはんだバンプである１つの実施の形態では、コンタクトバンプ７０１は、例えば電気めっき、蒸着、印刷などの一般的に用いられる方法によって、約１００μｍの厚さのスズ層を初期に形成することによって形成することができる。一旦、コンタクトバンプ７０１がマスク３０３の開口に形成されると、マスク３０３は、剥離（stripping）などの好適な除去プロセスを用いて除去され、UBM３０２は、図５Aに関連して上記に説明したようにパターン化され得る。一旦マスク３０３が除去されると、リフローが行われ、コンタクトバンプ７０１が丸い上表面を形成する。
【００３９】
図８〜図９は、コンタクトパッド２０３（図２〜図６）が含まれず、かつ導電性ピラー４００が第１金属コンタクト１０５で接触して形成されたもう１つの実施の形態を示している。第１金属コンタクト１０５と接触した導電性ピラー４００を形成することにより、コンタクトパッド２０３は、除去され、よってウエハ１００の全体の製造プロセスを簡素化できる。
【００４０】
まず、図８を参照して、第１金属コンタクト１０５と接触した導電性ピラー４００を形成するために、第１金属コンタクト１０５および第２保護層２０１は、図１および図２に関連して上記に説明した形成と同様に形成される。第２保護層２０１は、第１金属コンタクト１０５の一部を露出する開口を形成するようにパターン化される。続いて、コンタクトパッド２０３を形成する代わりに、PIコーティング３０４は、第２保護層２０１の上方、かつトレンチ内に形成され、かつ第１金属コンタクト１０５をカバーする。
【００４１】
一旦形成されると、第１金属コンタクト１０５の上表面を露出するために、PIコーティング３０４は、トレンチの底部から除去される。この除去は、好適なマスキングおよび除去プロセス、例えばフォトリソグラフィクマスクおよびエッチングプロセスを用いて行われてよい。また、除去プロセスは、トレンチの側壁からPIコーティング３０４を選択的に除去可能であるが、１つの実施の形態では、PIコーティング３０４は、続いて形成される導電性ピラー４００を分離（isolate）するように、トレンチの側壁から除去されない。
【００４２】
図９は、PIコーティング３０４上の導電性ピラー４００と保護層５０１の形成を示す。
導電性ピラー４００は第１金属コンタクト１０５と接触している。導電性ピラー４００は、図３〜図５に関連して上記に説明したプロセスと同様のプロセスによって形成され得る。しかしながら、本実施の形態では、導電性ピラー４００は、導電性ピラー４００から金属化層１０３へのより小さい抵抗の流れを考慮するために、前述の図２〜図６に示されたコンタクトパッド２０３の代わりに第１金属コンタクト１０５と接触して形成される。
【００４３】
図１０は、第１金属コンタクト１０５の厚さの範囲で、ここで述べられた実施の形態を用いて得られる予想外の利点を示している。図に示されるように、１つの実施の形態では、鉛フリーはんだバンプに対して５／３μｍ Cu／NiめっきのUBM、かつ約１４，０００Åのアルミニウムコンタクトパッドを用いる。第１金属コンタクト１０５の厚さがx軸に沿って、図１に関連して上記に説明した臨界範囲内に延伸された時、下方のELK誘電体層上の規格化応力は、規格化応力が下方のELK誘電体層の破壊点（failing point）以下に減少される。また、図１０は、１つの実施の形態では、約１４，０００Åのアルミニウムコンタクトパッドが用いられて、上部金属の厚さの増加が規格化ELK応力を破壊点以下に低下させ得ることも示している。そのようなものとして、半導体ダイは、より少ない不良かつより高い信頼性をもって加工、輸送および使用の危険により良く耐えることができる。
【００４４】
本開示およびその利点が詳述されてきたが、本開示の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、添付の請求の範囲によって定義され、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、ここで種々の変更、代替、および改変ができることが当業者に認識されるであろう。例えば多くの異なる材料およびプロセスが導電性ピラーを形成するのに用いられてよい。これらの全ての材料およびプロセスは、本開示の範囲内に完全に含まれることを意図する。
【００４５】
更に、本願の範囲は、本明細書に述べられたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、およびステップの特定の実施の形態を限定するものではない。ここに述べられた対応する実施の形態のように実質的に同じ機能を行う、または実質的に同じ結果となる、現存の、または後に開発される本開示、プロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップからより明白になることが当業者に認識されるであろう。よって、添付の請求は、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップをこれらの範囲内に含むことを意図する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層および導電層を含む基板、
前記複数の導電層のうちの最上層と電気的に接続しており、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクト、
前記金属コンタクトと電気的に接続しているコネクタ、および
前記金属コンタクトと前記コネクタを接続するコンタクトパッド、
を含む半導体デバイス。
【請求項２】
前記コンタクトパッドは、アルミニウムを含む請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
複数の誘電体層および導電層を含む基板、
前記複数の導電層のうちの最上層と電気的に接続しており、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクト、
前記金属コンタクトと電気的に接続しているコネクタ、および
前記金属コンタクトと前記コネクタを接続する不動態化相互接続、
を含む半導体デバイス。
【請求項４】
前記不動態化相互接続は、アルミニウムを含む請求項３に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
半導体デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
基板を提供するステップ、
前記基板上に複数の導電層およびこれら導電層の間に配置される誘電体層を形成するステップ、
前記複数の導電層のうちの最上層上に保護層を形成するステップ、
前記保護層内にて前記複数の導電層のうちの最上層と接続する、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクトを形成するステップ、および
前記保護層上に、前記金属コンタクトと電気的に接続する導電性ピラーを形成するステップを含む方法。
【請求項６】
導電性ピラーを形成する前に前記金属コンタクトの上にコンタクトパッドを形成するステップを更に含む請求項５に記載の方法。
【請求項１】
複数の誘電体層および導電層を含む基板、
前記複数の導電層のうちの最上層と電気的に接続しており、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクト、
前記金属コンタクトと電気的に接続しているコネクタ、および
前記金属コンタクトと前記コネクタを接続するコンタクトパッド、
を含む半導体デバイス。
【請求項２】
前記コンタクトパッドは、アルミニウムを含む請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
複数の誘電体層および導電層を含む基板、
前記複数の導電層のうちの最上層と電気的に接続しており、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクト、
前記金属コンタクトと電気的に接続しているコネクタ、および
前記金属コンタクトと前記コネクタを接続する不動態化相互接続、
を含む半導体デバイス。
【請求項４】
前記不動態化相互接続は、アルミニウムを含む請求項３に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
半導体デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
基板を提供するステップ、
前記基板上に複数の導電層およびこれら導電層の間に配置される誘電体層を形成するステップ、
前記複数の導電層のうちの最上層上に保護層を形成するステップ、
前記保護層内にて前記複数の導電層のうちの最上層と接続する、約１５，０００Åより大きい厚さを有する金属コンタクトを形成するステップ、および
前記保護層上に、前記金属コンタクトと電気的に接続する導電性ピラーを形成するステップを含む方法。
【請求項６】
導電性ピラーを形成する前に前記金属コンタクトの上にコンタクトパッドを形成するステップを更に含む請求項５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１０４４３（Ｐ２０１３−１１０４４３Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−４８１３２（Ｐ２０１３−４８１３２）
【出願日】平成２５年３月１１日（２０１３．３．１１）
【分割の表示】特願２０１０−２４３３４２（Ｐ２０１０−２４３３４２）の分割
【原出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（５００２６２０３８）台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 (198)
【氏名又は名称原語表記】Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】８，Ｌｉ−Ｈｓｉｎ Ｒｄ．６，Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３００−７７，Ｒ．Ｏ．Ｃ．
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年３月１１日（２０１３．３．１１）
【分割の表示】特願２０１０−２４３３４２（Ｐ２０１０−２４３３４２）の分割
【原出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（５００２６２０３８）台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 (198)
【氏名又は名称原語表記】Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】８，Ｌｉ−Ｈｓｉｎ Ｒｄ．６，Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３００−７７，Ｒ．Ｏ．Ｃ．
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